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1、我國北方城鎮清潔供熱途徑 付林 清華大學建筑節能研究中心 2019.3 31 內容提要 北方城鎮清潔供熱方式分析 北方城鎮清潔供熱途徑 清潔供熱發展規劃思路 總結 清潔供熱方式分析 “煤改氣”問題尤為突出，表現為供氣難以保障、成 本昂貴和效率低下等。 簡單地采取燃氣鍋爐，燃氣熱電廠等方式不合理 冬季學生操場曬太陽上課 1471 1692 1786 1932 2058 2386 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 201220132014201520162017 消費量（億立方米） 時間（年） 生產量進口量消2、費量 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 2017/3/15 2017/3/30 2017/4/14 2017/4/29 2017/5/14 2017/5/29 2017/6/13 2017/6/28 2017/7/13 2017/7/28 2017/8/12 2017/8/27 2017/9/11 2017/9/26 2017/10/11 2017/10/26 2017/11/10 2017/11/25 2017/12/10 2017/12/25 2018/1/9 2018/1/24 2018/2/8 2018/2/23 2018/3/10 （用氣量）萬Nm33、 時間 北京市年度用氣曲線 峰谷差接近8/1 高峰日用氣量突破1億Nm3/h 8% 7% 16% 3% 18% 31% 0 0.1 0.2 0.3 0.4 201520162017 增速（%） 時間（年） 天然氣消費量和進口量增速 消費量 進口量 清潔供熱應用方式分析 “煤改電”的困境 電鍋爐等方式的電直熱供熱最浪費能源。 電熱泵效率較高，但受到低溫熱源資源條件和成本限制 清潔供熱應用方式分析 其他供熱方式 可再生能源 太陽能，受成本、場地制約 風能，不提倡電鍋爐+蓄熱，熱泵 生物質，不適于專門城市供熱 核能 核電廠熱電聯產，余熱利用，應鼓勵 低溫堆？需要全面分析其適用性 清潔供熱應用方式分析4、 新建燃煤熱源 燃煤鍋爐 煤粉爐 水煤漿 燃煤熱電廠 大型熱電廠 小型背壓機 重新回到老路？ 新建燃煤鍋爐：能源利用效率、碳排放劣勢 新建燃煤熱電廠：我國電力裝機容量過剩，發展可再生能源發電 內容提要 北方城鎮清潔供熱方式分析 北方城鎮清潔供熱途徑 清潔供熱發展規劃思路 總結 北方城鎮清潔供熱途徑 我國城市供熱仍然燃煤為主 燃煤熱電廠 大批小熱電廠，能源利用效率顯著低于大 型熱電廠，且在市中心，將會逐步退出 大型熱電廠，存在巨大供熱潛力有待挖掘 燃煤鍋爐，將會逐步退出城市供熱 如何替代以上燃煤熱源？ 北方城鎮清潔供熱途徑 傳統熱電聯產存在超過其供熱能力40%的余熱挖潛空間 乏汽余熱，占供熱量的5、30% 煙氣余熱，占供熱量的10%，天然氣熱電廠則40% 鍋爐鍋爐 排煙加溫度 煙氣余熱煙氣余熱 占占10%10% 乏汽余熱占乏汽余熱占 3030- -40%40% 大同第一熱電廠乏汽利用示范工程(2010年) 規模: 供熱面積400萬增至640萬 工程內容: 電廠安裝兩臺余熱回收機組; 熱力站安裝 18臺吸收式換熱機組 供熱能力增加49%,每年節約標煤7.0萬噸 大型應用示范工程(大同) 改造前改造前改造后改造后 一次網參數對比 0 50 100 150 200 250 300 350 400 1418112116120124128132114181121161201241281321 時間6、(小時) 熱功率(MW) 抽汽熱量 凝汽熱量 改造前改造前 改造后改造后 余供熱量余供熱量 20.0萬萬GJ 抽汽供熱量抽汽供熱量 16.9萬萬GJ 抽汽供熱量抽汽供熱量 18.0萬萬GJ 時間時間 (小時小時) 熱功率熱功率 (MW) 用戶室內溫度對比 供熱量構成對比 示范工程效果分析 供熱 能力 改造前400萬 改造后640萬 增加幅度49 % 供熱 能耗 系統總供熱量356 萬GJ/a 回收余熱179 萬GJ/a 節約標煤量7.5 萬噸 經濟 性 投資9350萬元 年運行費減少量3580萬元 投資回收期2.6年 北方城鎮清潔供熱途徑 濟南北郊熱電廠煙氣降污余熱回收項目 蒸汽鍋爐四臺：3臺7、130t煤粉爐，1臺220tCFB鍋爐；發電裝機容量70MW 余熱回收量要求：16MW 建設時間：2015年8月15日2015年11月15日 北方城鎮清潔供熱途徑 大多數純凝發電廠改為熱電聯產 如果將北方城鎮供熱全部由熱電聯產取代，北方地區火力發電容量6億kW， 滿足200億供熱 關鍵問題：能夠經濟地長途輸送至城市負荷中心 北方城鎮清潔供熱途徑 長輸供熱可行 大溫差技術 供回水溫差高達100以上，能大大 提高管網的熱量運輸能力 回水溫度低，減小總散熱損失 大管徑 隨著管徑增加，輸送能力增加，輸送 成本降低 隨著管徑增加，管道溫降差值也越來 越小 電廠余熱利用 與常規的市內熱源（常規熱電聯產、 8、燃煤鍋爐、燃氣鍋爐）相比，供熱成 本降低，供熱半徑增長 北方城鎮清潔供熱途徑 吸收式換吸收式換 熱機組熱機組 吸收式換吸收式換 熱機組熱機組 熱力站熱力站 E-4 S 余熱回余熱回 收機組收機組 E-3 乏汽乏汽 凝水凝水 一次網一次網 供熱供熱 汽輪機汽輪機 新汽新汽 供熱抽汽供熱抽汽 循環泵循環泵 循環泵循環泵 冷卻水冷卻水 循環泵循環泵 熱熱 源源 熱力站熱力站 二次網二次網二次網二次網 凝水凝水 120 20 熱用戶熱用戶熱用戶熱用戶 循環泵循環泵 北方城鎮清潔供熱途徑 多級串聯梯級加熱 大同華電一電廠2臺135機組串聯，2010-2011 同煤4臺50MW機組串聯，2012-20139、 太原二電廠2013-2014 古交電廠6臺機組串聯 2014-2016 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 1/11/31/51/71/93/153/173/193/213/23 乏乏 汽汽 供供 熱熱 比比 例例 % 二二 期期 供供 熱熱 量量 GJ 日日 期（嚴寒期和末寒期）期（嚴寒期和末寒期） 尖峰加熱量（GJ）驅動抽汽供熱量（GJ） 乏汽供熱量（GJ）乏汽供熱比例（%） 吸收式熱 泵 乏汽加熱抽汽加熱 熱網回水 熱網供水 抽汽乏汽 低壓缸 三期尖峰加熱10、器 90 130 二期采暖抽汽 30 乏汽余熱 凝汽器 低壓缸 乏汽余熱 凝汽器 低壓缸 乏汽余熱 凝汽器 低壓缸 乏汽余熱 凝汽器 三期采暖抽汽 低壓缸 乏汽余熱 凝汽器 低壓缸 乏汽余熱 凝汽器 二期尖峰加熱器 45 52.4 71 80 103 6#5# 4#3#2#1# 120 采暖抽汽 一次網熱水 Q 20 1號機組 乏汽 熱網加熱器 T 2號機組 乏汽 n號機組 乏汽 中間機組 太原大溫差長輸供熱示范工程（2013-2016） 長輸項目總投資48.7億元，其中隧道工程投資11億元 敷設4根DN1400管線到隔壓站，總長度37.8km 能耗是常規熱電聯的50% 成本與燃煤鍋爐相當 北11、方城鎮清潔供熱途徑 熱電聯產集中供熱的變革 網源一體化，大溫差熱網為熱電聯產大幅度降低能耗奠定基礎 熱電廠超遠距離供熱，為純凝電廠為熱電聯產開拓出巨大空間 多級汽輪機乏汽串聯梯級加熱工藝 煙氣余熱深度回收 效果 供熱能耗降低50% 供熱能力提升50% 0 2 4 6 8 10 12 熱電聯產電動熱泵新熱電聯產 等效COP 熱源方式 北方城鎮清潔供熱途徑 17 工業總能耗：工業總能耗：24.6424.64億噸標煤億噸標煤 20122012 年年 五大類工業部門能耗：五大類工業部門能耗： 15.6715.67億噸標煤億噸標煤 北方五大類工業部門能耗：北方五大類工業部門能耗： 7.837.83億噸標12、煤億噸標煤 低品位余熱：低品位余熱： 3.133.13億億tcetce 我國北方低品位工業余熱資源 采暖季采暖季 1.141.14億億tcetce 2012年，北方采暖地區工業用水總量260.3億億m3 五大類工業占比1/6（保守估計） 主要用于冷卻（約70%）約30億億m3/年年 r=2500kJ/kg，總余熱量總余熱量0.94億億tce 0 10 20 30 40 50 60 70 工業用水量工業用水量/ /億立方米億立方米 1、能耗角度估計、能耗角度估計 2、水耗角度估計、水耗角度估計 工業能耗數據來自中國統計年鑒2013； 五大類高耗能工業部門能耗數據來自中國能源統計年 鑒2013； 13、五大類高耗能工業部門的低品位余熱比例按照40%估計； 采暖季按照120天計算，工業生產按照330天計算。 全國全國高用水行業：火力發電、紡織印染、石油化工、造火力發電、紡織印染、石油化工、造 紙、鋼鐵，占比紙、鋼鐵，占比2/32/3。其中火力發電占。其中火力發電占3/43/4。 北方五大類高耗能工業北方五大類高耗能工業 部門用于冷卻的水耗部門用于冷卻的水耗 “徑流量”“徑流量” 3030億億m m3 3/ /年年 南水北調中線南水北調中線 設計輸水量設計輸水量 徑流量徑流量 9595億億m m3 3/ /年年 v.s. 北方地區工業余熱總量約1億噸標煤 北方城鎮清潔供熱途徑 2+26城市跨區域14、供熱 總供熱面積50億 區域供熱41.2億平米 電廠余熱 25億平米 工業余熱 3億平米 燃煤熱電聯產 5億平米 天然氣調峰8.2億平米 熱源：多種熱源互補，實現低品位熱源的調峰 電廠及工業余熱在城市外承擔基礎負荷 天然氣在城市內分布式調峰 北方城鎮清潔供熱途徑構建清潔供熱新模式 成本 供熱小時數 燃氣鍋爐熱電聯產 20 03500 熱負荷 供熱小時數 初投資折舊初投資折舊 調峰調峰 基礎負荷基礎負荷 北方城鎮清潔供熱途徑構建清潔供熱新模式 熱源：以大能源的視角看清潔供熱的熱、電、氣協同 熱、電協同 由“以熱定電”轉變為“熱電協同” 供熱為電力調峰 氣、熱協同 區域供熱需要季節性調峰 燃氣適宜15、于季節性儲存 燃氣調峰 降低回水溫度，增大熱網輸送能力 減小熱網尖峰供熱 北方城鎮清潔供熱途徑構建清潔供熱新模式 熱網：大溫差長輸供熱管網，為余熱利用 奠定基礎 大規模輸送熱量是降低長輸供熱成本的條件 加大供回水溫差是提高熱網輸送能力的途徑 降低回水溫度是降低熱電廠供熱能耗的關鍵 北方城鎮清潔供熱途徑構建清潔供熱新模式 三級管網大溫差、低回水溫度，保障長輸經濟性，為回收利用 低品位余熱創造條件 城外長輸網大溫差 城區一次網低溫回水 小區二次網小溫差 內容提要 北方城鎮清潔供熱方式分析 北方城鎮清潔供熱途徑 清潔供熱發展規劃思路 總結 北方城鎮清潔供熱發展規劃思路 我國北方地區城鎮未來供熱面積達16、到200億規模考慮 利用現狀電廠和其他工業余熱供熱，在現有熱電聯產基礎上實現供熱140億 對現狀熱電廠進一步余熱挖潛 距離城市較遠的余熱資源 供熱成本低于天然氣鍋爐供熱 熱電聯產及余熱承擔120億 其他工業余熱承擔20億 新建熱電聯產熱源，這種供熱方式發展約20億 周邊也沒有其他供熱資源，包括內蒙古、東三省、新疆等地區的部分城市 生物質、清潔燃煤、燃氣、城市垃圾 北方城鎮清潔供熱方式規劃思路 在熱網難以覆蓋的少數地區，可考慮分散清潔供熱方式，共計40億 建筑 各類熱泵，供熱規模20億 擁有中深層地熱資源的地區可采用中深層地源熱泵,具備冬夏熱平衡條件的淺層地源熱泵 等,約10億 城市污（中）水源17、熱泵和江河湖海等地表水，發展2億 氣溫相對較高地區的建筑取暖，考慮采用空氣源熱泵，規模8億。 小型燃氣供熱方式，包括燃氣鍋爐、燃氣壁掛爐等，承擔其余20億城鎮供 熱面積。 大力發展城市熱網,北方城鎮80%以上的建筑依靠城市熱網供熱 無條件接入城市熱網的20%建筑，可以通過土壤源熱泵、空氣源熱泵以及分散 的燃氣采暖等方式解決采暖問題 供熱能耗 目前北方地區平均供熱煤耗15kgce/計算，200億平米供熱需要3億tce。 按規劃方案總供熱能耗約1億tce，每年供熱將節能2億tce。供熱系統平 均煤耗約5kgce/，僅為目前北方地區供暖能耗的的三分之一 回收電廠余熱影響的電廠發電量和回收工業余熱所需18、的電量約1100億kWh 熱量輸送所需的水泵電耗約400億kWh 各類電熱泵耗電量約800億kWh 燃氣調峰鍋爐耗氣量約110億m；燃氣鍋爐及燃氣壁掛爐耗氣量約200億m 依據十部委北方地區冬季清潔取暖規劃（2017- 2021）的精神，設置參考供熱規劃方案 按照200億供熱規模 燃煤熱電廠供熱61億 燃煤鍋爐供熱23億 燃氣熱電聯產供熱15億 燃氣鍋爐和燃氣壁掛爐供熱46億 電直熱供熱12億 空氣源電熱泵供熱8億 地源熱泵供熱11億 工業余熱供熱面積2億 生物質能清潔供熱面積21億 以及太陽能供熱1億 總供熱能耗約1.9億tce 熱電廠供熱影響的發電量和回收工業 余熱所需的電量約1200億k19、Wh 熱網輸送水泵電耗約400億kWh 各類電熱泵耗電量約2300億kWh 燃氣鍋爐及燃氣壁掛爐耗氣量約460 億m 燃煤鍋爐耗煤量約2300萬tce 余熱方案與參考方案對比 能耗 供熱能耗降低約9400萬tce，節能約50% 減少天然氣消耗370億m 參考方案消耗燃氣760億m 燃氣熱電廠采暖季耗氣量300億m 燃氣鍋爐和燃氣壁掛爐消耗的燃氣470億m 余熱方案天然氣消耗390億m 總污染物排放量 余熱方案僅為參考方案的20% 余熱方案與參考方案對比 經濟性比較 投資 余熱方案總投資比參考方案少接近3200億元 運行費 余熱方案運行成本比參考方案降低約20% 規劃方案投資 (億元) 參考方案20、投資 (億元) 燃氣熱電 0 2719 燃氣鍋爐 642 170 壁掛爐 232 1595 燃煤熱電 4093 524 工業余熱 875 126 生物質 167 618 地源熱泵 815 1147 水源熱泵 589 0 空氣源熱泵 934 918 蓄熱式電直熱 0 3671 合計 8346 11488 規劃方案 （億元） 參考方案 （億元） 燃煤成本 0 162 燃氣成本 827 1388 熱泵耗電 1007 1790 回收電廠余熱影響發電 386 0 合計 2221 3339 內容提要 北方城鎮清潔供熱方式分析 北方城鎮清潔供熱途徑 清潔供熱發展規劃思路 總結 總結構建城市清潔供熱新模式 總結構建城市清潔供熱新模式 總結構建城市清潔供熱新模式 匯報完畢，謝謝！